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Umlaufende Pumpe zum Fördern und zur Drucksteigerung von Gasen, Dämpfen
und Flüssigkeiten Die Erfindung betrifft einte Pumpe zum Fördern und zur Drucksteigerung
von Gasen, Dämpfen oder. Flüssigkeiten unter Verwendung eines Hilfsmediums, das
zwischen den Schaufeln eines umlaufenden Schaufelkranzes durch einen davor angeordneten
Leitschaufelkranz in einzelne Kolben aufgeteilt wird, welche durch das im Ruhezustand
biefindliche Fördermedium bewegt werden, wobei das Fördermedium in die Räume niedrigeren
Druckes, welche sich zwischen den Kolben bilden, eingesaugt wird.
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Im besonderen zeichnet sich die Pumpe gemäß der Erfindung dadurch
aus, daß sie zwei in der Strömungsrichtung des Hilfsmediums hintereinander - arbeitende
umlaufende Schaufelkränze aufweist, von denen der Berste lediglich zur Aufteilung
des Hilfsmediums in Kolben dient, wähnend der zweite das im Raum zwischen den beiden
Schaufelkränzen eingesaugte Fördermedium weiterfördert und auf höheren Druck bringt.
Dabei kann das Hilfsmedium die beiden Schaufelkränze entweder in zentripetaler,
zentrifugaler oder axialer Richtung durchströmen.
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Pumpen, bei denen ein Hilfsmedium zwischen den Schaufein eines umlaufenden
Schaufelkranzes in Kolben aufgeteilt wird, zwischen die sodann das Fördermiedium
ein.-gesaugt wird, sind an sich bekannt. Bei einer bekannten Pumpe dieser Art erfolgt
die angestrebte Drucksteigerung des Fördermediums in einem Diffusor, in welchen.
die Kolben des Hilfsmediums mit dem zwischen ihren eingeschlossenen Fördermedium
mit sehr großer Geschwindigkeit hineingeschleudert werden. Da die Eniergieumsetzung
von Geschwindigkeit in Druck in einem Diffusor - besonders unter den bei Strahlapparaten
herrschenden Betriebsverhältnissen -bekanntermaßen unter sehr schlechtem Wirkungsgrad
vor sich geht, ist der weitaus größte Teil der Energie, die zur Erzeugung dieser
Geschwindigkeit aufgewendet werden muß, verloren. Diese Pump arbeitet daher mit
einem sehr schlechten Wirkungsgrad.
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Es ist auch .eine Pumpe bekannt, bei der die Druckerhöhung des zwischen
den Kolben des Hilfsmediums eingeschlossenen Fördermediums nicht in einem Diffusor,
sondern in einem Kreiselrad erfolgt. Dabei dient dieses Kreiselrad gleichzeitig
zur Aufteilung des Hilfsmediums in Kolben und zur Drueksteigerung des Fördermiediums.
Das Hilfsmedium wird dabei diesem Kreiselrad durch das im Ruhezustande befindliche
Fördermedium hindurch vermittels Düsen zugespritzt. Um mit dem Hilfsmedium nennienswerbe
Luftmengen mitzureißen, ist es auch bei dieser bekannten Pumpe erforderlich, ihm
eine hohe Geschwindigkeit zu erteilen, die wiederum unter Aufwand von erheblicher
Verlustenergie @erzeugt werden muß. Zudem ist bei dieser Pumpe die Aufteilung in
Kolben uhvöllkommen, da sie ohne Verwendung eines Leitrades vor sich geht.
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Es ist auch eine Pumpe bekanntgeworden, bei der zwei in der Strömungsrichtung
des Hilfsmediums hintereinander arbeitende umlaufende Schaufelkränze zur Anwendung
komtuen,
von denen der zweite lediglich zur Weiterförderung und
Drucksteigerung des Fördermediums dient. Bei dieser Pumpe. findet aber im ersten
Schaufelkranz keiW.. Aufteilung des Hilfsmediums in Kolben st4t-Außerdem wird das
Fördermedium nicht aiis' dem Ruhezustande angesaugt, sondern es ei`-. fährt schon
vorher durch besondere Hilfsschaufeln eine B-.schleunigung bis auf die Umfangsgeschwindigkeit
des Schaufelrades zwischen den beiden Schaufelkränzen. Insbesondere arbeitet diese
Pumpe nach dem System des Wasserstrahlejektors, dessen Wirkungsgrad ebenfalls als
schlecht bekannt ist. Der erste Schaufelkranz dient bei dieser Pumpe dazu, die sehr
hohe Absolutgeschwindigkeit zu erzeugen, auf die das Hilfsmedium bei einem Wasserstrahlejektor
gebracht werden muß, damit es das Fördermedium genügend mitreißt. Auch bei dieser
Pumpe muß diese Geschwindigkeit unter Aufwand erheblicher Verlustenergie erzeugt
werden.
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Diese sämtlichen bekannten Pumpen haben somit gemeinsam den Nachteil,
daß das Fördermedium vor clem Eintritt iti der. Diffusor bzw. in den zur Weiterförd.erunä
und Drucksteigerung dienenden zweiten Schaufelkranz auf eine hohe Absolutgeschwindigkeit
beschleunigt werden muß, wozu eine große Verlustenergie aufzuwenden ist, die den
Wirkungsgrad der Pumpen starb herunterdrückt.
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Im Gegensatz dazu strömt bei der Pumpe gemäß der Erfindung das in
Kolben aufgeteilte Hilfsmedium auf seinem W:ge durch das anzusaugende Fördermedium
mit einer sehr geringen absoluten Geschwindigkeit.
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Es wäre an sich, um jeden Aufwand von Verlustenergie für Geschwindigkeitssteigerung
zu vermeiden, ebenso wünschenswert, auch die relative Geschwindigkeit des Hilfsmediums
zwischen den Schaufeln im :ersten Schaufelkranz möglichst niedrig zu halten. Diesem
Bestreben sind aber dadurch Grenzen gesetzt, daß im ersten Schaufelkranz, in dem
die Aufteilung des Hilfsmediums in Kolben schon bei seinem Eintritt erfolgt, eine
erhebliche relative Geschwindigkeit erzeugt wer-' den muß, weil dadurch in rascher
Folge auseinandergezog1ene Kolben und zwischen ihnen Räume niedrigen Druckes -entstehen.
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Dementsprechend ist es ein weiteres Merkmal der Pumpe gemäß der Erfindung,
daß die relative Austrittsgeschwindigkeit des Hilfsme.diums beim Mistritt aus dem
zur Aufteilung in Kolben dienenden ersten Schaufelkranz mindestens das i,5fache
der absoluten Austrittsgeschwindigkeit an dieser Stelle beträgt.
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Auf Grund ihrer besonderen Ausbildung arbeitet die Pumpe geiiiäf,i
der Erfindung mit eirein erheblich höheren Gesamtwirkungsgrad als die bekannten
Pumpen der eingangs gekennzeichneten Art.
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Außerdem ist es bei der Pumpe gemäß der "Eilfindung möglich, sie derart
auszubilden, sie gerade in demjenigen Betriebsbereich, °ü5.''dem sie arbeiten soll
und der zumeist im .Bereich eines hohen Vakuums liegen wird, mit dem besten Wirkungsgrad
arbeitet, während bei den bekannten Pumpen die Wirkungsgradkurve bei wachsendem
Vakuum ständig abfällt bzw. schnell den Wert Null erreicht.
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In der Zeichnung stellt die Abb. i einen Querschnitt durch eine Pumpe
gemäß der Erfindung mit zentripetaler Strömungsrichtung dar. ra ist ein feststehender
Leitschaufelkranz, der in einem zur Zuführung des Hilfsmediums dienenden Gehäuse
g (Abb.2) untergebracht ist. Das Hilfsmedium tritt aus dem Leitsdiaufelkranz a in
den umlaufenden Schaufelkranz b ein und durchströmt sodann den Mischraum c mit geringer
Absolutgeschwindigkeit und bereits aufgeteilt in einzelne Kolben, die aneinandergereiht
spiralige Schleier ergeben. Zwischen diesen Kolben wird das seitlich angesaugte
Fördermedium eingeschlossen und dem zweiten, in gleicher Drehrichtung umlaufenden
Schaufelkranz e zugedrängt, der die Druckerhöhung und weitere Förderung übernimmt.
In dem für die Charakteristik der Pumpe wichtigen Diagramm der Geschwindigkeiten
am Austritt aus dem Schaufelkranz b bedeuten ui die Umfangsgeschwindigkeit, ivi
die relative Austrittsgeschwindigkeit und v, die absolute Austrittsgeschwindigkeit.
Zur Ergänzung ist auch das Diagramm der Geschwindigkeiten beim Eintritt in den Schaufelkranz
e mit sinngemäßen Beneichnungen eingetragen. Ferner läßt die Abb. i auf einem-Teil
des Umfanges des feststehenden Leitschaufelkranzes und des umlaufenden Schaufelkranzes
den absoluten Weg des Hilfsmediums nebst seiner Aufteilung in Kolben erkennen.
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Abb. 2 stellt den zugehörigen Längsschnitt einer Puinp-e mit zentripetaler
Strömungsrichtung dar. a ist wiederum der feststehende Leitschaufelkranz, dem das
Hilfsmedium aus denn Gehäuse,- zuströmt. Das Hilfsmedium durchfließt in der bereits
geschilderten Weise den Schaufelkranz b, den Mischraum c und den Schaufelkranz e,
der gemeinsam mit dem Scbaufclkranz b von der Welle lt aus in Umdrehung versetzt
wird. Das Gemisch aus dem Hilfsmedium und dem Fördermedium wird dem Druckraum nt
zugedrückt, der an seinem Eingang nach den Regeln d-es Kreiselpumpenbaues mit oder
ohne Leitschaufeln l ausgerüstet werden kann. i ist der Saugstutzen für das Fördermittel,
das durch den Ringraum k dem Mischraum c zulließt.
Abb.3 zeigt leinen
Querschnitt durch eine Pumpe nach der Erfindung mit zentrifugaler Strömung und Abb.
¢ den zugehörigen Längsschnitt. Die Bezeichnungen sind wle,bei den Abb. i und 2
gewählt, und zwar so, daß Bauteile mit gleicher Aufgabe mit gleichen Buchstaben
bezeichnet sind. a ist wiederum der feststehende Eintrittsleitschaufielkranz, der,.das
Hilfsmedium dem umlaufenden Bersten Schaufelkranz b zuführt. Aus diesem gelangt
das Hilfsmedium in einzelne Kolben aufgeteilt in den Mischraum c, um dann vereint
mit dem Fördermedium den zweiten umlaufenden Schaufelkranz e zu Herreichen, der
die Druckerhöhung und Weiterförderung des Gemisches übernimmt und les schließlich
dem Druckraum m zuführt, der an .seinem Eingang nach den Regeln. des Kreiselpumpenbaues
mit oder ohne Leitschaufeln l ausgerüstet werden kann.
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In der Abb. q. ist g das Gehäuse und ä der feststehlende Eintrittsleitschaufell,#xanz
für die Zuführung zum ersten umlaufenden Schaufelkranz b, der gemeinsam mit dem
zweiten umlaufenden Schaufelkranz e von der Welle h aus angetrieben wird. i ist
der Saugstutzen für das Fördermittel, das durch den Ringraum h dem Mischraum c zufließt.
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In der Abb. 3 ist .auf einem Teil des Umfanges des umlaufenden und
des feststehenden Schaufelkranzes der absolute Weg dies Hilfsmediums sowie seine
Aufteilung in @einzelne Kolben ersichtlich gemacht.
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Abb.5 zeigt einen abgewickelten zylindrischen Schnitt durch eine Pumpe
nach der Erfindung mit axialer Strömung und Abb.6 den zugehörigen Längsschnitt.
Die Bezeichnungen sind wie bei den Abb..i bis .q. gewählt und wiederum so, daß Bauteile
mit gleicher Aufgabe mit gleichen Buchstaben bezeichnet sind. a ist wiederum der
Eintrittsleitschaufelkranz, der das Hilfsmedium dem umlaufenden ersten Schaufelkranz
b zuführt. Aus diesem gelangt das Hilfsmedium in @einzelne Kolben aufgeteilt in
-den Mischraum c, um dann vereint mit dem Fördermedium den zweiten umlaufenden Schaufelkranz
e zu. erreichen, der die Druckerhöhung und Weiterförderung des Gemisches übernimmt
und es schließlich dem Druckraum in zuführt, der an seinem Eingang nach den Regeln
des Kneiselpumpenbaues mit oder ohne Leitschaufeln L ausgerüstet werden kann.
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In der Abb. 6 ist g das Gehäuse und a der feststehlende Eintrittsleitschaufelkranz
für die Zuführung des Hüfsinediums zum ersten umlaufenden Schaufelkranz b, der gemeinsam
mit dem zweiten umlaufenden Schaufelkranz e von. .der Welle h aus :angetrieben wird.
M st delr Saugstutzen; für das Fördermittel, das durch den Ringraum h dem
Mischraum c zufließt.
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In der Abb. 5 ist .auf einem Teil des Umfanges des umlaufenden und
des feststehenden Schaufelkranzes der absolute Weg des Hilfsmediums sowie seine
Aufteilung in @einzelne Kolben ersichtlich gemacht.